Chapter 4 인간게놈 프로젝트 (Human Genome Project). 1. 게놈 (genome) 이란 - DNA : 유전정보를 담고 있는 물질로 A, T, G, C 라는 염기로 구성 - 유전자 (gene) : DNA 가운데 특정 단백질로 발현되는 DNA - 염색체.

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1 Chapter 4 인간게놈 프로젝트 (Human Genome Project)

2 1. 게놈 (genome) 이란 - DNA : 유전정보를 담고 있는 물질로 A, T, G, C 라는 염기로 구성 - 유전자 (gene) : DNA 가운데 특정 단백질로 발현되는 DNA - 염색체 (chrommosome) : DNA 의 집합체 인간 (22 개 염색체가 쌍으로 존재 + XX or XY = 46 개 ) - 게놈 (genome) : 생명체 내에 존재하는 모든 염색체의 집합

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4 2. 인간 게놈 프로젝트란 - 주체 : 미국 국립 보건원 (NIH), 미국 에너지부 (DOE) 의 주도하에 영국, 프랑스, 일본, 독일, 중국 등 18 개국 - 기간 : 1990 년부터 15 년 계획 (5 년씩 3 차 계획 ) cf. 과학기술의 발달로 2001 년 완성 - 목표 : 인간의 유전자 지도 완성 ( 인간 게놈 내의 모든 DNA 염기서열을 분석하여, 이들의 기능을 알아 내어 이를 데이터 베이스화 시킴 ) - 분야 : 구조 유전자학, 기능 유전자학, Bioinformatics( 데이터 베이스화 ) ELSI program( 윤리적, 법률적, 사회적 issue)

5 3. 인간 게놈 프로젝트 목표 - 인간이 가지고 있는 DNA 염기서열을 완벽하게 밝힘으로 모는 생명현상을 이해하고 예측 가능하게 함 1) 인간 게놈 안에 있는 10 만개의 유전자를 규명하는 것 2) 인간 DNA 를 구성하고 있는 30 억개의 염기쌍의 서열을 밝히는 것 3) 데이터베이스에 이들 정보를 저장하는 것 4) 프로젝트로부터 개발된 기술들을 개인영역까지 이전 시키는 것

6 4. 혜택 1 ) 유전자관련 질병을 진단하고 치료할 수 있는 초석 마련 2) 진화적인 관계를 연구할 수 있는 계기 마련 3) 전 세계인이 자유롭게 인간게놈에 대한 정보 이용가능 남은 문제  유전자의 기능을 연구하는 것

7 5. 유전자 지도 (gene map) 1. 물리지도 (physical map) : 염색체를 제한효소로 절단해서 얻은 몇 개의 DNA 조각에 유전자 A, B, C 에 대 응하는 탐색침 (probe) 을 결합시킨다. 탐색침은 이미 염기배열을 알고 있는 DNA 한쪽 사슬로 DNA 염기서열 결정을 통하여 DNA 염기서열을 모두 읽는다. 이 조작으로 유전자 A, B, C 가 염색체의 어느 위치에 있는지를 유전자지도보다 훨씬 정확하게 알 수 있다. DNA 염기서열 결정 (sequencing) 을 통해 DNA 염기 서열을 모두 읽을 수 있다. 2. 유전지도 (genetic map) : 어떤 염색체의 어느 위치에 어떤 유전자가 있는지를 표시하는 것이다.

8 YAC clone : 효모 염색체의 복제와 유지를 위해 필요한 부분만 남겨놓고 제거, 가장 큰 DNA 를 넣을 수 있는 운반체 shotgun sequencing whole-genome shotgun 을 도입 6. 인간게놈의 sequencing

9 김지현 외 2001, 9 월호 ( 미생물 유전체 연구 )

10 by A. Malcolm Campbell John Wiley & Sons Publishers, Inc.

11 7. 단일염기다형성 (SNP, Single Nucleotide Polymorphism) 인간유전체에서 1000 개의 염기마다 1 개꼴로 나타나는데 이에 의하여 개인의 유전적 다양성이 발생한다. 즉 DNA 사슬의 특정 부위에 어떤 사람은 A( 아데닌 ) 를 가지고 있는 반면 어떤 사람은 C( 씨토신 ) 를 가지고 있는 것이다. 이런 미세 한 차이 (SNP) 에 의하여 각 유전자의 기능이 달라질 수 있고 이런 것들이 상호 작용하여 서로 다른 모양의 사람을 만들고 서로 다른 질병에 대한 감수성의 차이를 만들어 낸다. 1) 질병의 유전적 이해 2) 맞춤약물의 개발 3) 신약개발 정보 제공

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13 8. DNA 로 이해하는 인간 : 지능 유전자 / 정신 유전자. 1. 지능 유전자 : 지능을 결정하는 것이 유전 or 환경 ? (a) 지능지수 (IQ) - 1916 년 미국 심리학자 터먼에 의해 등장 - IQ =( 정신연령 ÷ 생활연령 )×100 정신연령 ( 지능의 발달 정도가 일반 생활연령으로 몇 살, 몇 개월 되는 사람의 평균지능에 상당하는가를 표시하는 것 )

14 (b) 지능의 유전성 - 배경 : 멘델의 유전 법칙 - 근거 : 가계조사, 쌍둥이 조사 - 대뇌생리학, 신경생리학 : 기억 물질 ( 단백질 ) - 문제점 : 지능자체의 정의가 모호 (c) 지능의 환경성 - 교육환경 - 머리가 좋아지는 음식, 두뇌 훈련법

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16 2. 정신 유전자 : 성격결정 유전자 / 행복 유전자 / 자살 유전자 (a) 성격 유전자 - 도파민 : 신경 전달 물질로, 정신 기능에 큰 영향을 미침 11 번 염색체 : 도파민 수용체 유전자 중 제 4 형 유전자 ┌ 3 번 exon( 엑손 ) 이 길면 : 창조성 탐구성이 높고, │ 스릴을 추구하는 성격 ├ 3 번 exon( 엑손 ) 이 짧으면 : 완고하고, 융통성이 없는 성격 └ 결함 : 정신 분열증 * 엑손 (exon) : 염색체에서 단백질로 발현이 되는 부위 인트론 (intron) : 염색체에서 단백질로 발현이 되지 않고, 단지 구조적인 역할만 하는 부위

17 - 세로토닌 관련 유전자 ┌ 정상 └ 결핍 : 저돌성, 폭력성 - 외부 환경에 의한 변화 가능성을 지님 : 성격 유전자는 유전자와 환경의 상호작용의 결과

18 (b) 치매 유전자 : Alzheimer disease( 알츠하이머 질병 ) - 특징 : 뇌세포의 손상, senile plaque (β-amyloid 의 축적 ) - APP(amyloid precusor protein) : 700 a.a. ⇒ β-amyloid 40 a.a. cf. Down syndrome : Trisomy(chromosome 21) : 대부분의 다운 증후군 환자는 반드시 치매를 (A.D) 를 겪는다. (APP 가 과발현시 A.D. : APP 는 21 번 염색체에 위치한 유전자 )

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20 3. 태아의 염색체 검사 : 산모의 양수에 있는 태아의 피부세포에서 염색체를 얻어 이상 유무를 조사

21 II. 생명체 복제 동물의 체외 수정 포유동물의 수정 : 체내수정 어류 : 체외수정 포유동물의 체외수정 ( in vitro fertilization, IVF) - 토끼에서 처음 보고 -Mouse, rat, 소, 염소, 면양 등 가축에서 성공 체외 수정방법 1. 난소로부터 난포 내의 난자를 회수 2. 체외에서 성숙시켜 체외 수정 실시 3. 체외배양으로 자궁에 착상 가능한 배반포기까지 발생 4. 호르몬을 처리하여 발정을 일으킨 암컷에 이식하여 출산 By 박영서 교수

22 - 단태동물에서 이들 호르몬을 적절하게 사용하는 과배란 처리를 함으로써, 10 개 가까운 난자를 배란시킬 수 있음 - 이 단계에서 수컷으로부터 채취한 정액을 암컷의 자궁에 주입해서 배란시킨 복 수의 난자에 인공 수정하면 수정한 난자는 바로 분열을 개시하여 배로 성장함 - 일정시간 후에 자궁 내를 생리적 식염수로 씻으면 배를 체외로 끄집어낼 수가 있 음 - 동시에 다른 여러 마리의 암컷에 대하여 호르몬을 이용하여 발정을 조절하여 배 수용이 가능한 생리 상태로 만들어 놓음 ( 가임신 ) - 배를 제공하려는 암컷으로부터 끄집어낸 배를 다른 여러 마리의 발정을 일으킨 암컷의 자궁 내에 주입기를 이용, 이식

23 생명체 복제 방법 복제기술 : 생식세포 복제와 체세포의 복제 생식세포 : Totipotential cell 어떤 세포로든지 분화 ( 생성 ) 가 가능하다. 체세포 : 간세포, 유방세포와 같이 세포의 특성이 결정된 세포 줄기세포 배아줄기세포 체세포줄기세포

24 체세포 복제 - 생식세포 대신에 성장한 체세포를 이용 - 체세포의 핵을 탈핵난자에 전기 충격을 이용하여 핵치환 시킨 후에 세포가 분화되도록 하는 것 최초의 체세포 복제 -1997 년 2 월, 영국 로슬린 연구소의 윌머트와 캠벨이 6 세된 양의 유방세포 ( 체세포 ) 를 이용하여 복제 양 돌리 (Dolly) 를 탄생시킴 - 핵을 추출하여 탈핵난자에 핵치환 -277 개의 채취된 체세포 29 개가 7 일간 정상 발달 - 이 중 19 개가 핵치환에 성공해 수정란이 됨 - 이 19 개의 수정란을 13 마리의 양의 자궁에 이식 - 이 중 1 마리가 정상적으로 탄생

25 생식세포 복제 수정란을 이용 예를 들어 수정란이 8 세포로 분열하였을 때에 세포를 감싸고 있 는 막을 단백질 분해효소로 녹여서 세포를 각각 분리 분리된 세포의 핵을 핵이 제거한 다른 난자 ( 탈핵난자 ) 와 결합. 이를 핵치환이라 함 이때 세포와 세포핵이 잘 이식될 수 있도록 전기충격을 가함 이리하여 8 개의 새로운 수정란, 즉 8 명의 염색체가 동일한 생물 을 복제

26 체세포의 복제

27 생식세포 복제

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30 동물복제기술의 응용 (1) 유전적으로 우수한 동물의 증식과 개량 (2) 동물 생체반응기 (Animal Bioreactor) 의 개발 (3) 인체 질환모델 개발 (4) 대체장기 생산용 동물 개발 By 박영서 교수

31 인간복제 긍정론 - 인간복제는 개인의 권리다. - 인간은 번식과 출산에 대한 권리 - 낙태와 우수한 인자 선택권 ( 양수천자 검사 ) - 질병으로부터 해방 ( 장기이식용 ) - 인간복제 자체가 과학적 발전을 의미 - 환경파괴 등에 의해 앞으로 인간이 생존할 방법은 복제 외에는 존재하지 않는다.

32 인간복제 부정론 - 인간 고유의 정체성을 지닐 권리를 침해한다. - 인간은 미래를 알지 못할 권리를 가진다. - 복제 기술 미비로 예상치 못한 결과를 낳을 수 있다. - 개인의 가치가 떨어지고 인간의 존엄성이 훼손된다. - 상업적 이익의 목적으로 인간복제가 행해지면 인간사회에 혼란이 가중된다. - 정부 등의 특수집단에 의해 비도덕적인 목적으로 인간복제가 활용될 수 있다.